专利名称：基于rake接收机的系统信息解调装置及其包含的rake接收机的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号解调领域，尤其涉及一种在数字电视地面广播系统中，基于rake接收机的系统信息解调装置。
背景技术：
对于采用用户点播方式的数字电视地面广播传输系统来说，节目信息的解调正确性是至关重要的。发射端将多套电视节目按某种编排方式同时发送，接收端根据用户想要收看的电视节目序号，从接收到的信号中解调选出该套电视节目信号，才能对此信号做后续处理。
现常用的一种方法是在传输流上区分不同的节目分组。图1示出了一种数字广播系统中的MPTS-SPTS(多节目传输流-单节目传输流)节目解复用器。节目解复用器的输入为MPEG-2多节目传输流(MPTS)数据流。在节目解复用过程中，先对传输流(TS)中的系统信息，即PAT，PMT等表进行滤波分析。也即，首先利用节目关联表(PAT)提取器和分析器110提取并分析传输流中的PAT(节目关联表)包，然后输出给用户接口160和节目映射表(PMT)提取器和分析器120，从而提取并分析MPTS中与多个节目相对应的PMT(节目映射表)的PID(节目号)。PMT滤波器和选择器130用于根据用户接口160提供的信息，对节目映射表进行滤波和选择，并向分组端接器140提供输出。分组端接器140接收到的包仅只含所选择节目的数据包。最后，利用节目关联表(PAT)插入器150重构出与选择的单一节目相对应节目关联表，然后插入后得到单节目传输流中。
另一种方法是将数字信号进行编码，再加入必要的辅助信息，如同步信号、导频信号、节目编排信息等。例如在多载波系统，如在DVB-T和DMB-T系统中，TPS信息位放置在每个OFDM符号中，和数据信号一起处理，利用信道估计和内插恢复该位置上的信息值，但其精度取决于信道估计的精度。
在多载波系统，如美国ATSC的VSB数字地面广播传输方案中，系统信息是始终不变的。但在新的数字地面广播系统中，系统信息在每场都有可能不同。所传输的系统信息与所传输的数据信息不同，系统信息没有信道编码、交织、纠错等保护措施，要达到与传输数据相同的误码率，其编码门限会更高。在ADTB-T的单载波传输系统中，该方法将在发射端经扩频后的64位系统信息序列直接插入到每帧开头，在接收端进行均衡后，将所有可能的系统信息序列与所收到的对应数据直接进行相关，取出相关值的绝对值最大的一个序列，便可得到系统信息。参见图2，描述了用于接收端均衡之后的系统信息解调装置。首先，分离器接收经接收端均衡后的信号，并对其进行分离而得到系统信息序列。系统信息序列被提供给相关解扩器210。相关解扩器210还接收本地系统信息序列，把它们和系统信息序列进行相关解扩，取出相关值的绝对值最大的一个序列，作为系统信息输出。
这种只利用扩频技术的方法，适用于在接收端均衡后进行系统信息的判断。
但对于在物理层采用多节目等间隔频分复用的传输系统，如果在均衡前采用这种只利用扩频技术的方法，在较恶劣的多径信道情况下，按照这种方法得到的系统信息出错的几率仍然较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于rake接收机的能在接收端均衡前准确得到系统信息的装置，该装置能够可靠、准确地在恶劣的信道环境下得到系统信息。本发明提供的基于rake接收机的系统信息解调装置用在接收端均衡之前。通过在接收端均衡前进行系统信息的判断，比在均衡前只采用扩频的方法大大提高了所解调的系统信息的正确性。
本发明的一方面涉及一种rake接收机，包括m个系统信息相干检测模块，分别用于利用本地的一个系统信息序列进行相干检测，并将相应的累加输出提供给一选择模块，其中m是本地系统信息序列的种类数；选择模块，用于选择所有累加输出中模值最大的那个系统信息的序列号作为输出，其中，所述m个系统信息相干检测模块的每一个包括(L-1)个级联的单位时延寄存器，其中第一个单位时延寄存器接收相应的本地系统信息序列的共轭值，所述共轭值经各个单位时延寄存器依次延时，分别提供(L一1)个经延迟的输出，其中L为系统信息序列长度，且L大于等于m；第一组L个乘法器，其中第一个乘法器将来自信道估计器的第一抽头的共轭值与未经延时的本地系统信息序列的共轭值相乘，提供第一乘法器输出，其余乘法器将来自信道估计器的后续相应的抽头共轭值分别与相应的(L一1)个经延迟的输出相乘，提供相应的乘法器输出；第二组L个乘法器，用于把所述第一组L个乘法器的相应输出与接收到的系统信息序列在第n时刻的数据相乘，并提供相应的L个乘法器输出；以及一个累加器，用于对所述第二组L个乘法器的L个乘法输出进行累加，并且将累加输出输入到所述选择模块。其中L为2的整数次幂，幂次大于等于6。在一个优选实施例中，L等于128，m等于24。
本发明的另一方面涉及一种系统信息解调装置，包括分离器，用于把接收信号分离成系统信息序列和时域已知序列；信道估计器，利用来自所述分离器的时域已知序列对信道响应做粗估计，并提供相应的抽头值；以及如权利要求1所述的rake接收机，用于接收来自所述分离器的系统信息序列以及来自所述信道估计器的抽头值，对它们进行相干检测并输出系统信息序列号。所述系统信息解调装置还包括信息提取器，用于接收来自rake接收机的系统信息序列号，参照已知的系统信息表并输出相应的信息。所述信道估计器可以采用相关峰值检测、利用时域训练序列的信道估计算法和自适应均衡算法中的任意一种。
本发明的又一方面涉及一种rake接收机，包括m个系统信息相干检测模块，分别用于利用本地的一个系统信息序列进行相干检测，并将相应的累加输出提供给一选择模块，其中m是本地系统信息序列的种类数；选择模块，用于选择所有累加输出中模值最大的那个系统信息的序列号作为输出，其中，所述m个系统信息相干检测模块的每一个包括(L-1)个级联的单位时延寄存器，其中第一个单位时延寄存器接收相应的系统信息序列的共轭值，所述共轭值经各个单位时延寄存器依次延时，分别提供(L-1)个经延迟的输出，其中L为系统信息序列长度，且L大于等于m；第一累加器，用于对来自信道估计器的相应抽头共轭值和相应的经延迟的本地系统信息序列进行累加；一个乘法器，用于将第一累加器的输出和接收到的系统信息序列在第n时刻的数据相乘，并提供乘法输出；以及第二累加器，用于对所述乘法输出进行累加，并且向选择模块提供累加输出。其中，L为2的整数次幂，幂次大于等于6。在一个优选实施例中，L等于128，m等于24。
本发明的再一方面涉及一种系统信息解调装置，包括分离器，用于把接收信号分离成系统信息序列和时域已知序列；信道估计器，利用来自所述分离器的时域已知序列对信道响应做粗估计，并提供相应的抽头值；以及如权利要求5所述的rake接收机，用于接收来自所述分离器的系统信息序列以及来自所述信道估计器的抽头值，对它们进行相干检测并输出系统信息。所述系统信息解调装置还包括信息提取器，用于接收来自rake接收机的系统信息，参照已知的系统信息表并输出相应的信息。所述信道估计器可以采用相关峰值检测、利用时域训练序列的信道估计算法和自适应均衡算法中的任意一种，也可以采用从真正的信道响应发生器中得到的相关数据。
对接收机而言，系统信息的正确性是后续处理的前提。系统信息序列由于经过了信道，在接收端均衡前，若是直接用所有可能的系统信息序列和接收序列做相关检测的方法在恶劣多径信道下其正确性难以保证，本发明采用rake接收机收集来自主要接收信号路径的信号能量，等效于一个最大比合并器，从而确保了检测得到的系统信息的正确性。本发明的这种基于rake接收机的装置能够大大提高系统信息的正确性。
图1示出一种数字广播系统中的MPTS-SPTS(多节目传输流-单节目传输流)分离器100。
图2示出ADTB-T单载波数字电视地面广播系统中的系统信息解调装置的框图。
图3示出依据本发明的基于rake接收机的系统信息的解调装置300的框图。
图4示出依据本发明的rake接收机的结构框图。
图4a示出依据本发明的一种信道估计器的结构框图。
图5示出依据本发明的rake接收机的简化结构框图。
具体实施例方式
下文将参考附图详细描述本发明的优选实施例。
图3示出了依据本发明的基于rake接收机的系统信息的解调装置300。
如图3所示，该装置300包括分离器310、信道估计器320、rake接收机330和信息提取器340。其中，分离器310从接收信号中分离得到时域已知序列和系统信息序列，并分别提供给信道估计器320和rake接收机330。信道估计器320利用时域已知序列对信道时域响应进行信道粗估计，得到的信道时域响应的粗估计被输出到rake接收机330的一个输入。信道估计算法可以是相关峰值检测、利用时域训练序列的信道估计算法、自适应均衡的算法中的任意一种，也可以从真正的信道响应发生器中得到相关的数据，原则上应采用一种复杂度较小的信道估计算法。例如，在信道估计器320中进行信道粗估计的一种方法是，利用每个帧头已知的PN时域序列，和本地纯PN序列做相关，再设定门限去除背景噪声从而得到幅值较大的多径，这样便输出得到信道时域响应粗估计c0(n)、c1(n)、…、cL-1(n)。rake接收机330接收来自分离器310的系统信息序列和来自信道估计器320的信道估计信息，长为L的信道时域响应粗估计值作为L个抽头值，对接收到的系统信息序列进行相干检测以得到准确的系统信息。在发射端，系统信息序列可以由系统信息扩频得到，例如，有24种系统信息，可以由7比特来表示，这7比特的系统信息可以扩频为128(27)比特的系统信息序列，利用128比特的两电平序列来表达这128比特的系统信息序列，每个序列采用walsh序列乘PN序列得到，即取128×128的Walsh矩阵的每一行的128个数和(PN[127]，-1)分别相乘取前24行可构成24个系统信息序列，其中PN序列中的1、0已经分别映射为1、-1，这样的系统信息可以获得128/7的扩频增益。rake接收机330输出的系统信息被提供给信息提取器340，用于根据rake接收机330检测出来的系统信息，参照已知的系统信息表，输出相应的信息以进行后续的处理，例如均衡等。
图4a示出本发明的一种信道估计器320的结构框图。信道估计器320包括M个寄存器321、一个累加器322和一个门限器323，M为时域已知序列即PN序列的长度，M大于等于L。其中，yn((i)M)、yn((i+1)M)、…、yn((i+M-1)M)为分离器310分离输出的经过信道的时域已知序列，0M表示以M为底取余，i为大于等于零小于L的整数；PN
、PN[1]、…、PN[M-1]为本地已知的经过映射的PN序列，其值为1或-1；ci(n)为信道估计器320输出的第i个信道抽头值。在信道估计器320中，分离器310分离输出的经过信道的时域已知序列依次放入M个寄存器321中，本地已知的PN序列PN
、PN[1]、…、PN[M-1]作为系数，对这M个寄存器中的值进行累加，例如，若PN[j]为1，原累加器322中的值加上yn((i+j)M)，若PN[j]为-1，原累加器322中的值减去yn((i+j)M)，在对这M个寄存器中的值进行累加后把累加值输入门限器323，同时累加器322清零，在门限器323中，若输入小于设定门限，输出零，若输入大于等于设定门限，直接输出输入值，门限器323的输出即为第i个信道抽头ci(n)；对M个寄存器中的值进行循环移位，重复上述操作直到得到L个信道抽头c0(n)、c1(N)、…、cL-1(n)。
图4示出按照本发明的rake接收机330的结构框图。rake接收机330包括(L-1)×m个单位时延寄存器410、第一组L×m个乘法器420、第二组L×m个乘法器430、m个累加器404和一个选择模块450，其中m为本地系统信息序列的种类数，L为系统信息序列长度。其中，sl1(n)、sl2(n)、…、slm(n)为本地的m个系统信息序列在第n时刻的数据；sl1*(n)、sl2*(n)、…、slm*(n)分别为sl1(n)、sl2(n)、…、slm(n)的共轭值；c0(n)、c1(n)、…、cL-1(n)为信道估计器320输出的信道时域响应抽头值；c0*(n)、c1*(n)、…、cL-1*(n)分别为c0(n)、c1(n)、…、cL-1(n)的共轭值；rl(n)为分离器310分离输出的系统信息序列在第n时刻的数据；U1、U2、…、Um为各个累加器440的输出，也即输入给选择模块450的相干检测的判决变量。在rake接收机330中，对于本地的m个系统信息序列的每一种，例如对于第一种系统信息序列sl1(n)，在n时刻的数据的共轭值sl1*(n)经过级联的(L-1)个单位时延寄存器410依次延迟一个单元之后放在寄存器内；第一组L个乘法器420中的第一个乘法器将系统信息序列sl1(n)的共轭值sl1*(n)与第一抽头的共轭值c0*(n)相乘，提供第一组L个乘法器420中第一乘法器的输出。第一组L个乘法器420中的其余乘法器分别将相应的单位时延寄存器的输出分别与相应的抽头共轭值c1*(n)、…、cL-1*(n)相乘，提供第一组L个乘法器中其余乘法器的输出。第二组L个乘法器430将第一组L个乘法器420的各个输出和该时刻输入到rake接收机330的系统信息序列的那一位rl(n)相乘，它们的输出均被提供给累加器440。其中，rl(n)是分离器310输出的、即接收到的需要解调的系统信息序列，rl(n)是sl(n)中的某一种经过信道畸变后接收得到的系统信息序列。累加器440对第二组L个乘法器430的输出进行累加，将累加输出U1提供给选择模块450。以上仅仅是对于本地的m个系统信息序列中的第一种系统信息序列的操作。对其余第2至第m种系统信息序列也进行相应的操作，得到相应的累加输出U2、…、Um，也提供给选择模块450。选择模块450用于选择所有累加输出中模值最大的那个系统信号的序列号作为输出。例如，如果累加输出Uk的模值最大，则选择k为系统信息加以输出。然后，图3中的信息提取器340再根据rake接收机330检测出来的系统信息k，参照已知的系统信息表，输出相应的信息。
在依据本发明的基于rake接收机的解调系统信息的装置中，系统信息序列的长度L即扩频长度为2的幂次，幂次为大于等于6的整数。系统信息序列的种类数m为大于零、小于等于系统信息序列的长度L的整数。如果本地系统信息序列每比特都为1或-1，那么在rake接收机330中，将本地所有可能的系统信息序列和信道时域响应抽头值做卷积相关这步所用到的乘法器420可以省略，乘法器的个数由两倍的系统信息序列的长度L和系统信息序列的种类数m的乘积(2×L×m)减少到系统信息序列的长度L和系统信息序列的种类数m的乘积(L×m)，这一情况不再图示。如果再通过交换运算次序，即先经过累加器再和该时刻输入到rake接收机330的接收到的系统信息序列的那一位在乘法器中相乘，那么乘法器的个数可以进一步减少为系统信息序列的种类数m，这一情况将在图5中示出。
图5示出了依据本发明的rake接收机330的简化结构框图。rake接收机330包括(L-1)×m个单位时延寄存器410、m个乘法器460、m个第一累加器440、m个第二累加器470和一个选择模块450。在简化的rake接收机330中，对于本地的m个系统信息序列的每一种，例如对于第一种系统信息序列sl1(n)，在n时刻的数据的共轭值sl1*(n)经过级联的(L一1)个单位时延寄存器410依次延迟一个单元之后放在寄存器内；相应的经延迟的sl1*(n)作为系数，对由图3中的信道估计器320生成的抽头共轭值c0*(n)、c1*(n)、…、cL-1*(n)在第一累加器440中进行累加。其中，在每个时刻，本地的m种系统信息序列依次经过单位时延寄存器410，单位时延寄存器410内数据为0、1或-1，若为0，则第一累加器440中的值不变，若为-1，则第一累加器440中的前一值减去信道响应抽头的共扼值，若为1，则第一累加器440中的前一值加上信道响应抽头的共扼值。第一累加器440的输出输入到乘法器460的一个输入端，该时刻输入到rake接收机330的系统信息序列的某一位rl(n)输入到乘法器460的另一个输出端。乘法器460对两个输入相乘并提供输出至第二累加器470。第二累加器470将乘法器460输出的数据和该累加器内前一数据相加，并将累加输出U1提供给选择模块450。以上仅仅是对于本地的m个系统信息序列中的第一种系统信息序列的操作。对其余第2至第m种系统信息序列也进行相应的操作，得到相应的累加输出U2、…、Um，也提供给选择模块450。选择模块450用于选择所有累加输出中模值最大的系统信息的序列号作为输出。例如，如果累加输出Uk的模值最大，则选择k为系统信息加以输出。然后，图3中的信息提取器340再根据rake接收机330检测出来的系统信息序列号k，参照已知的系统信息表，输出相应的信息。
依据本发明，通过使用rake接收机，能够在接收端均衡前对经扩频的系统信息序列做相干检测，大大增强了在恶劣多径信道下系统信息的检测正确性。
尽管已经描述了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将理解本发明不限于上述优选实施例。在所附权利要求书所定义地本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种改变和修改。
权利要求
1.一种rake接收机，包括m个系统信息相干检测模块，分别用于利用本地的一个系统信息序列进行相干检测，并将相应的累加输出提供给一选择模块，其中m是本地系统信息序列的种类数；选择模块，用于选择所有累加输出中模值最大的那个系统信息的序列号作为输出，其中，所述m个系统信息相干检测模块的每一个包括(L-1)个级联的单位时延寄存器，其中第一个单位时延寄存器接收相应的本地系统信息序列的共轭值，所述共轭值经各个单位时延寄存器依次延时，分别提供(L-1)个经延迟的输出，其中L为系统信息序列长度，且L大于等于m；第一组L个乘法器，其中第一个乘法器将来自信道估计器的第一抽头的共轭值与未经延时的本地系统信息序列的共轭值相乘，提供第一乘法器输出，其余乘法器将来自信道估计器的后续相应的抽头共轭值分别与相应的(L-1)个经延迟的输出相乘，提供相应的乘法器输出；第二组L个乘法器，用于把所述第一组L个乘法器的相应输出与接收到的系统信息序列在第n时刻的数据相乘，并提供相应的L个乘法器输出；以及一个累加器，用于对所述第二组L个乘法器的L个乘法输出进行累加，并且将累加输出输入到所述选择模块。
2.如权利要求1所述的rake接收机，其特征在于，所述L为2的整数次幂，幂次大于等于6。
3.如权利要求2所述的rake接收机，其特征在于，所述L等于128，m等于24。
4.一种系统信息解调装置，包括分离器，用于把接收信号分离成系统信息序列和时域已知序列；信道估计器，利用来自所述分离器的时域已知序列对信道响应做粗估计，并提供相应的抽头值；以及如权利要求1所述的rake接收机，用于接收来自所述分离器的系统信息序列以及来自所述信道估计器的抽头值，对它们进行相干检测并输出系统信息序列号。
5.如权利要求4所述的系统信息解调装置，其特征在于还包括信息提取器，用于接收来自rake接收机的系统信息序列号，参照已知的系统信息表并输出相应的信息。
6.如权利要求4所述的系统信息解调装置，其特征在于，所述信道估计器可以采用相关峰值检测、利用时域训练序列的信道估计算法和自适应均衡算法中的任意一种。
7.一种rake接收机，包括m个系统信息相干检测模块，分别用于利用本地的一个系统信息序列进行相干检测，并将相应的累加输出提供给一选择模块，其中m是本地系统信息序列的种类数；选择模块，用于选择所有累加输出中模值最大的那个系统信息的序列号作为输出，其中，所述m个系统信息相干检测模块的每一个包括(L-1)个级联的单位时延寄存器，其中第一个单位时延寄存器接收相应的系统信息序列的共轭值，所述共轭值经各个单位时延寄存器依次延时，分别提供(L-1)个经延迟的输出，其中L为系统信息序列长度，且L大于等于m；第一累加器，用于对来自信道估计器的相应抽头共轭值和相应的经延迟的本地系统信息序列进行累加；一个乘法器，用于将第一累加器的输出和接收到的系统信息序列在第n时刻的数据相乘，并提供乘法输出；以及第二累加器，用于对所述乘法输出进行累加，并且向选择模块提供累加输出。
8.如权利要求7所述的rake接收机，其特征在于，所述L为2的整数次幂，幂次大于等于6。
9.如权利要求8所述的rake接收机，其特征在于，所述L等于128，m等于24。
10.一种系统信息解调装置，包括分离器，用于把接收信号分离成系统信息序列和时域已知序列；信道估计器，利用来自所述分离器的时域已知序列对信道响应做粗估计，并提供相应的抽头值；以及如权利要求5所述的rake接收机，用于接收来自所述分离器的系统信息序列以及来自所述信道估计器的抽头值，对它们进行相干检测并输出系统信息。
11.如权利要求10所述的系统信息解调装置，其特征在于还包括信息提取器，用于接收来自rake接收机的系统信息，参照已知的系统信息表并输出相应的信息。
12.如权利要求10所述的系统信息解调装置，其特征在于，所述信道估计器可以采用相关峰值检测、利用时域训练序列的信道估计算法和自适应均衡算法中的任意一种，也可以采用从真正的信道响应发生器中得到的相关数据。
全文摘要
一种基于rake接收机的系统信息解调装置，该装置包括分离器，信道估计器，rake接收机和信息提取器。其中，分离器有两个输出，一个输出和信道估计器的输入连接，另一个输出和rake接收机的一个输入连接；rake接收机的另一个输入与信道估计器的输出连接，rake接收机的输出和信息提取器的输入连接。在恶劣信道条件下，该装置可以大大提高解调得到的系统信息的正确性。
文档编号H04B1/06GK1917594SQ200610030898
公开日2007年2月21日 申请日期2006年9月7日 优先权日2006年9月7日
发明者归琳, 杨旭霞, 刘勃, 杨峰 申请人:上海交通大学